BGA封裝設(shè)計與常見缺陷

　　正確設(shè)計BGA封裝

　　球柵數(shù)組封裝（BGA）正在成為一種標(biāo)準(zhǔn)的封裝形式。人們已經(jīng)看到，采用0.05至0.06英寸間距的BGA，效果顯著。封裝發(fā)展的下一步很可能是芯片級封裝（CSP），這種封裝外形更小，更易于加工。

　　BGA設(shè)計規(guī)則

　　凸點塌落技術(shù)，即回流焊時錫鉛球端點下沈到基板上形成焊點，可追溯到70年代中期。但直到現(xiàn)在，它才開始快速發(fā)展。目前，Motorola、IBM、Citizen、ASAT、LSI Logic、Hestia和Amkor等公司，除了在自己的產(chǎn)品中使用這種封裝，還提供BGA商品。

　　BGA的另一個主要優(yōu)勢是成品率高。Motorola和Compaq等用戶聲稱，在其包含160至225條I/O引線的0.05英寸間距封裝中，沒有缺陷產(chǎn)生。而其它的全自動工廠中，具有相同I/O引線數(shù)的細(xì)間距器件的失效率為500或1000PPM。目前正在進一步開發(fā)具有400到700條I/O引線的BGA封裝，日本甚至報道了1000條I/O引線BGA封裝的研發(fā)結(jié)果。目前，標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全制定好，JEDEC文件僅對1mm、1.27mm和1.5mm間距作了基本規(guī)定。基體的尺寸范圍為7至50mm，共面性小于200μm。

　　BGA的局限性

　　許多用戶抱怨BGA焊點可視性差。很明顯，BGA的焊點不能藉由肉眼檢測。實際上，由于零配件引線數(shù)不斷增加，任何現(xiàn)代電子組裝制程都會出現(xiàn)這種情況。采用低成本的X射線裝置，以及良好的設(shè)計規(guī)則，可以進行相對簡單的檢測。

　　現(xiàn)在的布線設(shè)計（footprint）包括印制導(dǎo)線組合、通孔和0.02英寸的圓形表面焊盤。器件上焊球的大小必然會影響焊盤尺寸。初，一些工程師在焊盤表面貼上阻焊膜，以此減小回流焊期間器件的移動和焊膏的流動。采用這種方法，在加熱過程中焊點容易開裂，因此不可取。

　　如果銅焊盤與阻焊膜涂層之間為標(biāo)準(zhǔn)間隙，則應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)阻焊膜設(shè)計規(guī)則。需要時，這種簡單的布局允許在印制板兩個表面走線。甚至間距為1或1.27mm的、I/O數(shù)較多的器件，焊球之間都會出現(xiàn)走線問題。選擇間距較小，但中心“空白”（即無焊球）的器件，可克服這種問題。中心空白的BGA外邊緣可能只有四列焊球，減少了走線問題。

　　通孔貼裝

　　一些公司使用傳統(tǒng)的通孔，作為陶瓷BGA和更常用的塑料器件的貼裝焊盤。這時，通孔成了貼裝焊盤和穿過印制板的互連體。這對于回流焊設(shè)計是理想的，但對波峰焊產(chǎn)品卻不然。切記：波峰焊作業(yè)會引起印制板頂部BGA的二次回流。

　　使用通孔貼裝方法時，要確保通孔的體積與焊膏的印刷量相匹配。采用這種技術(shù)，焊膏將填滿通孔，并在回流焊后仍提供相同的托高（standoff）。如果不考慮這個重要因素，焊球部份將會沈入焊點中。對于陶瓷BGA，高溫焊球只能位于通孔的表面。當(dāng)通孔尺寸減小時，問題就沒有那么嚴(yán)重了。但是內(nèi)部走線時，它確實會影響復(fù)雜的多層印制板的走線。

　　藉由與所選測試焊盤相連的通孔的頂部，可對印制板的底部填充物進行測試。一些情況下，零配件制造商在BGA封裝基板的頂部設(shè)置測試點，以便對封裝表面直接進行探測。如果在組裝作業(yè)中使用通孔貼裝，藉由直接探測通孔即可進行測試。

　　謹(jǐn)防翹曲

　　在回流焊期間，較大的塑料封裝可能會產(chǎn)生翹曲。一些情況下，會看到覆層（over-moldingcompound）和基板產(chǎn)生了翹曲，這會導(dǎo)致外部連接點與焊盤的接觸減至。一些工程師指出，小片（die）和玻璃環(huán)氧樹脂基板均會產(chǎn)生翹曲。藉由改進零配件的球形端點的布局，并限制所用小片的尺寸，可在一定程度上克服這種問題。如果使用焊膏，而不只是助焊劑回流制程，發(fā)生這種特殊故障的可能性就會減少，這是因為焊膏對共面性的要求較低。

　　對于傳統(tǒng)的玻璃/環(huán)氧樹脂基板，使用無引線塑料BGA，就不會產(chǎn)生焊接故障。因為零配件基體也是由相似的環(huán)氧樹脂制成的，并且熱膨脹系數(shù)與大多數(shù)應(yīng)用相匹配。在一些專門應(yīng)用中，器件轉(zhuǎn)角處的焊點會出現(xiàn)裂縫，這可能是因為此處產(chǎn)生了應(yīng)力。

　　對于塑料BGA器件，則可能出現(xiàn)“爆米花”式的裂縫。因為在回流焊期間，潮氣會在零配件內(nèi)部擴張。此時，基板和覆層之間的器件邊緣就會出現(xiàn)裂縫。如果在返修期間出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就會聽到器件發(fā)出“劈、啪”的爆裂聲，因此稱為“爆米花”。所以，必須選擇適當(dāng)?shù)姆莱狈庋b，以減少爆裂的可能性。